Prečo niektoré plasty vydržia dlho, zatiaľ čo iné rýchlo starnú a praskajú, napriek tomu, že sú všetky plastové materiály?(1)
Prečo niektoré plasty vydržia dlho, zatiaľ čo iné rýchlo starnú a praskajú, napriek tomu, že sú všetky plastové materiály?
Plast je pravdepodobne jedným z materiálov, s ktorými prichádzame do kontaktu každý deň. Fľaše na minerálnu vodu, nádoby na jedlo so sebou, puzdrá na telefóny, kryty zásuviek, plášte káblov, interiéry automobilov, kryty domácich spotrebičov, tesnenia, potrubia a baliace fólie – plasty sa nachádzajú takmer všade. Napriek tomu veľa ľudí nemá z plastu veľmi priaznivý dojem.
Pokiaľ ide o plasty, bežné názory znejú takto: lacné, krehké, náchylné na krehkosť v priebehu času a starnutie na slnku. Niektoré dokonca žltnú, lepkajú a vydávajú zvláštny zápach.
Tieto javy skutočne existujú. Bolo by však zjednodušením dospieť k záveru, že „všetkým plastom chýba odolnosť“. Plast nie je jeden materiál, ale široká skupina materiálov. Rozdiely medzi rôznymi plastmi sú oveľa väčšie, než si mnohí ľudia uvedomujú. Hoci sa všetky označujú ako plasty, niektoré sú určené na jednorazové balenia, iné na automobilové komponenty, iné na prevody a ložiská, niektoré na zdravotnícke pomôcky a ďalšie môžu dokonca dlhodobo fungovať v prostrediach s vysokými teplotami, silnou koróziou a požiadavkami na elektrickú izoláciu.
Skutočná otázka teda nie je, či je plast odolný, ale skôr:
Aký druh plastu sa používa?
Bolo to upravené prísadami?
Je výrobný proces vhodný?
Prekračuje prevádzkové prostredie výkonnostné limity materiálu?
V tomto článku začneme otázkou: Prečo sú niektoré plasty veľmi odolné, zatiaľ čo iné rýchlo starnú a praskajú?
I. Plast nie je jeden materiál, ale celá skupina materiálov.
V každodennom živote máme tendenciu označovať mnohé položky jednoducho ako "plast". V materiálovej vede však plasty zahŕňajú širokú škálu rôznych typov.
PE (polyetylén): bežne používaný na fólie, uzávery fliaš, potrubia a obalové materiály.
PP (polypropylén): široko používaný v nádobách na potraviny, súčiastkach domácich spotrebičov, automobilových dieloch a výrobkoch dennej potreby.
PVC (polyvinylchlorid): zvyčajne sa používa na potrubia, káblové plášte, podlahy a profily.
ABS: používa sa na výrobu krytov domácich spotrebičov, hračiek a interiérových dielov automobilov.
PC (polykarbonát): vyznačuje sa vynikajúcou priehľadnosťou a vysokou odolnosťou voči nárazu, vhodný pre priehľadné komponenty a ochranné diely.
PA (polyamid, tiež známy ako nylon): vyznačuje sa dobrou pevnosťou a odolnosťou proti opotrebovaniu, často sa používa na výrobu ozubených kolies, ložísk a mechanických komponentov.
POM (polyoxymetylén): ponúka vysokú tuhosť a odolnosť voči opotrebovaniu, ideálny pre presné prevodové diely.
TPU (termoplastický polyuretánový elastomér): flexibilný a odolný voči oderu, široko používaný na výrobu puzdier na telefóny, obuvi, káblov a flexibilných hadíc.
Všetky tieto materiály sú širokou verejnosťou bežne označované ako "plast", no ich vlastnosti sa drasticky líšia. Niektoré sú mäkké, zatiaľ čo iné sú pevné. Niektoré odolávajú nízkym teplotám a iné tolerujú vysoké teploty. Niektoré sú priehľadné a iné nepriehľadné. Niektoré sú odolné voči oleju, zatiaľ čo iné sú náchylné na rozpúšťadlá. Niektoré sú vhodné na použitie v interiéri a iné môžu slúžiť vonku dlhší čas.
Preto pri posudzovaní spoľahlivosti plastového komponentu nie je prvým krokom skontrolovať, či je vyrobený z plastu, ale presne identifikovať, o aký typ plastu ide a v akom scenári použitia sa bude používať.
II. Prečo plasty starnú?
Starnutie plastov sa v podstate vzťahuje na zmeny, ku ktorým dochádza v štruktúre materiálu počas prevádzky. Tieto zmeny môžu byť vyvolané svetlom, teplom, kyslíkom, vlhkosťou, chemikáliami, mechanickým namáhaním a môžu tiež vyplývať z podmienok spracovania a návrhu receptúry. Po starnutí môžu plasty vykazovať nasledujúce javy: krehnutie a praskanie, žltnutie, kriedovanie, lepivosť, tvrdnutie, mäknutie, strata pevnosti, matnenie povrchu a rozmerová deformácia. Základné príčiny týchto príznakov nie sú rovnaké.
1. Slnečné svetlo a UV žiarenie spôsobujú krehnutie plastov
Mnohé vonkajšie plastové diely sú náchylné na dlhodobé vystavenie slnečnému žiareniu. Ultrafialové žiarenie na slnku urýchľuje fotooxidačné reakcie v niektorých polymérnych materiáloch, čo spúšťa štiepenie molekulárnych reťazcov a štrukturálne zmeny. Viditeľné prejavy zahŕňajú blednutie, žltnutie, kriedovanie povrchu a zníženú pevnosť, čo nakoniec vedie ku krehnutiu a praskaniu.
To vysvetľuje, prečo plastové vedrá, plastové stoličky a vonkajšie plášte vonkajších káblov môžu roky dobre fungovať v interiéri, no po určitom čase vystavenia sa vonkajšiemu prostrediu sa stanú viditeľne krehkými.
Pri vonkajších aplikáciách je vo všeobecnosti potrebné zvážiť faktory, ako je stupeň odolnosti voči poveternostným vplyvom, systém proti UV žiareniu, sadze, stabilizátory svetla, antioxidanty alebo povrchové nátery. Nie všetky plasty sú vo svojej podstate vhodné na dlhodobú vonkajšiu prevádzku.
2. Vysoké teploty urýchľujú oxidáciu a zhoršovanie výkonu
Plasty sú citlivé na teplotu. Niektoré plasty vykazujú vynikajúci výkon pri izbovej teplote, ale pri dlhodobom vystavení vysokým teplotám dochádza k termooxidačnému starnutiu. Napríklad oblasti v blízkosti motorov, vetracích otvorov kúrenia, častí elektrických spotrebičov generujúcich teplo a interiérov automobilov vystavených priamemu slnečnému žiareniu môžu dosiahnuť oveľa vyššie teploty ako typické vnútorné prostredie.
S rastúcou teplotou sa zrýchľuje starnutie materiálov a môže sa zhoršiť rozmerová stabilita, pevnosť a húževnatosť. Životaschopnosť plastového komponentu teda závisí nielen od toho, či dokáže krátkodobo odolávať takýmto teplotám, ale aj od toho, či si dokáže dlhodobo zachovať svoje vlastnosti pri týchto teplotách. Tento detail mnohí nováčikovia často prehliadajú.
3. Koncentrácia napätia spúšťa predčasné praskanie
Praskanie v niektorých plastových častiach nie je úplne spôsobené nekvalitným základným materiálom, ale skrytými rizikami vyplývajúcimi z konštrukčného návrhu a spracovania. Medzi príklady patria:
nadmerne ostré rohy,
náhle zmeny hrúbky steny,
nesprávne navrhnuté skrutkové nástavce,
západky pri trvalom zaťažení,
vysoké zvyškové vnútorné napätie pri vstrekovaní,
nútené stlačenie počas montáže,
dlhodobé ohýbanie alebo vibrácie.
Na týchto miestach sa vytvára koncentrácia napätia. Ihneď po výrobe nemusia byť viditeľné žiadne chyby, ale po určitom období prevádzky sa z týchto slabých oblastí začnú a budú sa šíriť trhliny.
Preto praskanie plastových komponentov nemožno vždy jednoducho pripísať nízkej kvalite materiálu. Môže to byť kombinovaný výsledok výberu materiálu, konštrukcie, návrhu formy, vstrekovacieho procesu a montáže.
4. Praskanie môže spôsobiť aj vystavenie chemikáliám
Mnoho ľudí predpokladá, že plasty sú odolné voči vode a korózii. To je len čiastočne pravda. Rôzne plasty sa značne líšia v chemickej odolnosti. Niektoré materiály sú citlivé na alkohol, iné na oleje, niektoré na čistiace prostriedky, niektoré na rozpúšťadlá a ďalšie na kyseliny a zásady. Niektoré plasty sú zraniteľné, keď sú súčasne vystavené namáhaniu a chemikáliám.
Napríklad priehľadný plastový komponent sa môže za normálnych podmienok zdať pevný. Dlhodobý kontakt s alkoholom, čistiacimi prostriedkami, mastnotou alebo určitými rozpúšťadlami však v kombinácii s vnútorným napätím môže spôsobiť drobné trhliny. Tento jav je bežne známy ako praskanie v dôsledku environmentálneho napätia. Je charakterizovaný postupným vývojom trhlín v prevádzkových podmienkach bez významného vonkajšieho vplyvu.
Preto pri hodnotení trvanlivosti plastov nemôžeme brať do úvahy iba mechanickú pevnosť; musíme brať do úvahy aj kontaktné médiá.
5. Voda a vlhké teplo môžu tiež ovplyvniť niektoré plasty
Niektoré plasty sú citlivé na vodu a vlhké teplo. Napríklad nylon ľahko absorbuje vlhkosť, čo môže spôsobiť zmeny jeho rozmerov, pevnosti, tuhosti a elektrických vlastností. Materiály ako polyester a polykarbonát sú tiež vystavené riziku hydrolýzy pri vysokej teplote a vysokej vlhkosti alebo pri nevhodných podmienkach spracovania.
To neznamená, že tieto materiály sú nekvalitné; skôr majú svoje vlastné prevádzkové limity. Pri výbere materiálu je nevyhnutné objasniť, či komponent príde do kontaktu s vodou, či bude dlhodobo používaný vo vysoko vlhkom prostredí, či je potrebná rozmerová stabilita a či sú potrebné elektrické izolačné vlastnosti. Pri rovnakom type materiálu môže byť výsledok úplne odlišný pri použití v suchom vnútornom prostredí oproti horúcim a vlhkým vonkajším podmienkam.
